阅读说明：本技术 一种磁致伸缩微小形变量测量实验装置 (Magnetostrictive micro deformation measurement experimental device ) 是由 王雪桐 于 2020-11-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种磁致伸缩微小形变量测量实验装置：包括底板、螺线管、第一滑轨、第二滑轨、稳压电源、水平仪、望远镜、固定柱、支撑座、机械杠杆和限位柱,螺线管设置在底板上,固定柱设置在底板上螺线管的一侧,支撑座设置在底板上螺线管的另一侧,支撑座上端设有固定板,固定板上设有转动轴,转动轴的另一端和支撑座连接,机械杠杆的一端和转动轴转动连接,机械杠杆靠近转动轴的一端设有固定孔,固定孔穿过螺线管并贯穿固定柱,固定孔的中心轴和螺线管的中心轴共线,限位柱设置在底板上,限位柱和螺线管位于机械杠杆同一侧,机械杠杆靠近限位柱的侧端设有弹簧,弹簧和限位柱配合,机械杠杆远离转动轴的一端设有第一光学反射镜。(The invention discloses a magnetostrictive micro deformation measurement experimental device, which comprises the following components: comprises a bottom plate, a solenoid, a first slide rail, a second slide rail and a regulated power supply, the spirit level, the telescope, the fixed column, the supporting seat, mechanical lever and spacing post, the solenoid sets up on the bottom plate, the fixed column sets up the one side of solenoid on the bottom plate, the supporting seat sets up the opposite side of solenoid on the bottom plate, the supporting seat upper end is equipped with the fixed plate, be equipped with the axis of rotation on the fixed plate, the other end and the supporting seat connection of axis of rotation, the one end and the axis of rotation of mechanical lever are connected, the one end that mechanical lever is close to the axis of rotation is equipped with the fixed orifices, the fixed orifices passes the solenoid and runs through the fixed column, the center pin of fixed orifices and the center pin collineation of solenoid, spacing post sets up on the bottom plate, spacing post and solenoid are located same one side of mechanical lever, the side that mechanical.)

一种磁致伸缩微小形变量测量实验装置

技术领域

本发明涉及磁致伸缩变量测量设备领域，具体是指一种磁致伸缩微小形变量测量实验装置。

背景技术

磁致伸缩是铁磁性物质(磁性材料)由于磁化状态的改变，其尺寸随磁化强度增加而发生变化，铁磁性物质在外磁场作用下，其尺寸伸长(或缩短)，去掉外磁场作用后，其又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象(或效应)；目前，关于铁磁性物质磁致伸缩微小形变量的研究，主要是针对块状材料和片状材料的微小形变量测量，本实验装置采用测量金属丝，以填补线性构件磁致伸缩微小形变量测量的空白，设计成一种磁致伸缩微小形变量测量实验装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述技术的缺陷，提供一种磁致伸缩微小形变量测量实验装置。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为一种磁致伸缩微小形变量测量实验装置：包括底板、螺线管、第一滑轨、第二滑轨、稳压电源、水平仪、望远镜、固定柱、支撑座、机械杠杆和限位柱，所述螺线管设置在底板上，所述固定柱设置在底板上螺线管的一侧，所述支撑座设置在底板上螺线管的另一侧，所述支撑座上端设有固定板，所述固定板上设有转动轴，所述转动轴的另一端和支撑座连接，所述机械杠杆的一端和转动轴转动连接，所述机械杠杆靠近转动轴的一端设有固定孔，所述固定孔穿过螺线管并贯穿固定柱，所述固定孔的中心轴和螺线管的中心轴共线，所述限位柱设置在底板上，所述限位柱和螺线管位于机械杠杆同一侧，所述机械杠杆靠近限位柱的侧端设有弹簧，所述弹簧和限位柱配合，所述机械杠杆远离转动轴的一端设有第一光学反射镜，所述第一滑轨设置在底板侧端，所述第一滑轨上设有第一滑块，所述第一滑块上设有标尺，所述第二滑轨设置在底板另一侧端，所述第二滑轨上设有第二滑块，所述第二滑块上设有第二光学反射镜，所述水平仪设置在底板上螺线管的后端，所述稳压电源位于底板一侧且和螺线管通过导线连接，所述望远镜位于底板设有第二滑轨的一侧。

作为改进，所述固定柱上端设有第一螺孔，所述第一螺孔延伸至固定孔的下端点处，所述第一螺孔内设有第一螺栓，所述第一螺栓和固定柱上的固定孔配合。

作为改进，所述机械杠杆上固定孔的正上方设有第二螺孔，所述第二螺孔延伸至固定孔的下端点处，所述第二螺孔内设有第二螺栓，所述第二螺栓和机械杠杆上的固定孔配合。

作为改进，所述弹簧的一端设有圆盘，所述圆盘和限位柱配合。

作为改进，所述底板上设有电源开关，所述电源开关、螺线管、稳压电源两两之间通过导线连接。

作为改进，所述螺线管位于底板上中部靠近后端的位置。

作为改进，所述第一光学反射镜和弹簧位于机械杠杆同一侧。

作为改进，所述第一滑轨和第二滑轨对称设置。

作为改进，所述第一光学反射镜的中点到转动轴的距离为固定孔中心轴到转动轴的距离的12倍。

本发明与现有技术相比的优点在于：本实验装置采用测量金属丝，填补了线性构件磁致伸缩微小形变量测量的空白，项目成果可以为高校物理实验教学提供一个性价比高、可行的强的实验测量装置，并为固态物质进行微小形变量测量研究提供一种可靠的测量实验装置，其次改进了光杠杆放大法，采用了采用二次反射，增加了放大倍数、减少了测量误差，缩小实验装置体积，第一滑块可以从第一滑轨上卸下，第二滑块可以从第二滑轨上卸下，便于携带，光杠杆的转轴与标尺在同一端，放大倍数一定，使得仪器使用方便，不用每次测量前进行校准。

附图说明

图1是本发明一种磁致伸缩微小形变量测量实验装置的前视图。

图2是本发明一种磁致伸缩微小形变量测量实验装置的左视图。

图3是本发明一种磁致伸缩微小形变量测量实验装置的俯视图。

图4是本发明一种磁致伸缩微小形变量测量实验装置的第一构示意图。

图5是图3中A-A处的剖视图。

图6是图4中B处的局部放大图。

图7是图2中C处的局部放大图。

图8是图5中D处的局部放大图。

图9是图5中E处的局部放大图。

图10是根据实验结果用origin对实验数据进行散点绘制并进行线性拟合图。

如图所示：1、底板，2、螺线管，3、第一滑轨，4、第二滑轨，5、稳压电源，6、水平仪，7、望远镜，8、固定柱，9、支撑座，10、机械杠杆，11、限位柱，12、固定板，13、转动轴，14、固定孔，15、弹簧，16、第一光学反射镜，17、第一滑块，18、标尺，19、第二滑块，20、第二光学反射镜，21、第一螺孔，22、第一螺栓，23、第二螺孔，24、第二螺栓，25、圆盘，26、电源开关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种磁致伸缩微小形变量测量实验装置做进一步的详细说明。

结合附图1-10，一种磁致伸缩微小形变量测量实验装置，包括底板1、螺线管2、第一滑轨3、第二滑轨4、稳压电源5、水平仪6、望远镜7、固定柱8、支撑座9、机械杠杆10和限位柱11，所述螺线管2设置在底板1上，所述固定柱8设置在底板1上螺线管2的一侧，所述支撑座9设置在底板1上螺线管2的另一侧，所述支撑座9上端设有固定板12，所述固定板12上设有转动轴13，所述转动轴13的另一端和支撑座9连接，所述机械杠杆10的一端和转动轴13转动连接，所述机械杠杆10靠近转动轴13的一端设有固定孔14，所述固定孔14穿过螺线管2并贯穿固定柱8，所述固定孔14的中心轴和螺线管2的中心轴共线，所述限位柱11设置在底板1上，所述限位柱11和螺线管2位于机械杠杆10同一侧，所述机械杠杆10靠近限位柱11的侧端设有弹簧15，所述弹簧15和限位柱11配合，所述机械杠杆10远离转动轴13的一端设有第一光学反射镜16，所述第一滑轨3设置在底板1侧端，所述第一滑轨3上设有第一滑块17，所述第一滑块17上设有标尺18，所述第二滑轨4设置在底板1另一侧端，所述第二滑轨4上设有第二滑块19，所述第二滑块19上设有第二光学反射镜20，所述水平仪6设置在底板1上螺线管2的后端，所述稳压电源5位于底板1一侧且和螺线管2通过导线连接，所述望远镜7位于底板1设有第二滑轨4的一侧。

所述固定柱8上端设有第一螺孔21，所述第一螺孔21延伸至固定孔14的下端点处，所述第一螺孔21内设有第一螺栓22，所述第一螺栓22和固定柱8上的固定孔14配合。

所述机械杠杆10上固定孔14的正上方设有第二螺孔23，所述第二螺孔23延伸至固定孔14的下端点处，所述第二螺孔23内设有第二螺栓24，所述第二螺栓24和机械杠杆10上的固定孔14配合。

所述弹簧15的一端设有圆盘25，所述圆盘25和限位柱11配合。

所述底板1上设有电源开关26，所述电源开关26、螺线管2、稳压电源5两两之间通过导线连接。

所述螺线管2位于底板1上中部靠近后端的位置。

所述第一光学反射镜16和弹簧15位于机械杠杆同一侧。

所述第一滑轨3和第二滑轨4对称设置。

所述第一光学反射镜16的中点到转动轴13的距离为固定孔14中心轴到转动轴13的距离的12倍。

本发明在具体实施时，使用时，首先把金属丝的一端穿进固定柱8上的固定孔14内，然后拧动第一螺栓22对金属丝固定，随后把金属丝另一端穿过螺线管2固定到机械杠杆10上的固定孔14上，这时机械杠杆10是垂直于金属丝的，弹簧15处于压缩状态，弹簧15上的圆盘25和限位柱11配合，通过观察水平仪6确定实验装置是否处于水平位置，确保实验装置是处于水平位置，随后调节望远镜7，使望远镜7水平并瞄准标尺18，调节望远镜7高度使视野中十字标对准标尺18的中央，然后进行第二次反射共轴调节，直接观察第一光学反射镜16，粗调第二光学反射镜20使第一光学反射镜16中标尺18的像中间与标尺18中间接近，然后通过望远镜7细调，使视野中十字标对准第一光学反射镜16中标尺18的像(此时不能调节望远镜7的俯仰角度及高度)，然后打开电源开关26，这时螺线管2就会通电产生磁场，金属丝就会产生微小形变，弹簧15就会伸长带动机械杠杆10转动一定角度，望远镜7中标尺18的读数就会产生变化，调节螺线管2通入的电流，增大螺线管2通入的电流，记录望远镜7中标尺18的读数，(开始读数后，除调节电流外不能调节实验装置)。

以镍丝为例，已知第一光学反射镜16的中点到转动轴13的距离为固定孔14中心轴到转动轴13的距离的倍数k＝12，标尺18到第二光学反射镜20的距离为A，第二光学反射镜20到机械杠杆10距离为B，机械杠杆10长度为L，打开电源开关26后，镍丝发生磁致伸缩形变为x，弹簧15推动机械杠杆10，使机械杠杆10末端移动kx，光杠杆绕转轴转动一个小角度，从而带动光杠杆第一光学反射镜16转动相应的微小角度θ，第二光学反射镜20上的反射光角度转动2θ，光杠杆把这个微小位移形变放大成标尺18上较大的线位移D。

由(1)、(2)解得：

其中放大倍率为：

在相同条件下进行了14次实验，测定不同输入电流下磁致伸缩量的大小；电流以0.3A为梯度，记录每次电流稳定后的标尺读数，每次实验得到十组数据，实验数据汇总如表1。

表1标尺读数记录单位：mm

其中测得：A＝53.74cm，B＝46.20cm，L＝14.75cm。

1孤点数据分析

取第7次实验电流为1.5A的实验数据，根据D_i＝X_i-X₀，得：

D_1.5＝X_1.5-X₀＝1.0mm

误差分析：

(1)磁致伸缩的产生要求环境变量控制非常严格，加上螺线管2在一次实验后需要很长时间冷却，所以无法确保每一次实验的环境变量一样。

(2)对机械杠杆、反射镜距离使用直尺进行测量，在放大比例上必然会有一定系统误差，但如果该产品投入实际生产应用，有别于目前的手工加工方法肯定能生产出更加精密的测量仪器。

2连续数据分析

在一次实验环境变量控制较好的情况下，以第7次实验微小形变量(表2所示)为例进行连续性实验数据分析，根据已知光杠杆放大公式计算实际伸长量。

表2第7次实验微小形变量

在计算后，利用格拉布斯法对数据进行检验，剔除异常结果后用origin对数据进行散点绘制并进行线性拟合，做出的线性拟合图如图10所示；因为实验室条件的限制，本次实验测得的磁致伸长量尚未达到饱和值，但其他研究表明，铁磁性材料在低磁感应强度下的磁致伸缩量变化曲线近似线性，这与origin拟合结果相符，侧面说明了磁致伸长量的精确性；同样，在对各组数据分别进行数据处理时，都发现了高的线性相关度，由此可以说明，实验具有一定可重复性，测量结果确为磁致伸缩量。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。